La demanda de energía de un país está estrechamente relacionada con su producto interno bruto, con su capacidad industrial y con el estándar de vida alcanzado por sus habitantes. Es
por ello que el petróleo, como fuente energética principal desde mediados del siglo XX,
juega un papel estratégico en nuestra sociedad. La creciente demanda de este combustible
fósil durante los últimos años, y las reservas limitadas de los crudos más económicos, están
incrementando el interés de la industria en la extracción de crudos pesados.
De entre todos los métodos disponibles para la extracción de crudos pesados, la inyección
de vapor es el método más extendido. El incremento de la movilidad del crudo como
resultado del efecto de la cámara de vapor en el interior del yacimiento, hace viable la
explotación de crudos tradicionalmente poco rentables. La generación del vapor de
inyección implica sin embargo un sobrecoste económico y medioambiental importante.
Razón por la cual, la concentración solar, como fuente alternativa de energía para la
generación de vapor de inyección, ha despertado el interés de la industria petrolera desde el
nacimiento de la tecnología.
Pese al temprano interés en la tecnología, su aplicación a proyectos reales ha sido limitada
debido a los desafíos tecnológicos existentes. Uno de los más importantes es la diferencia
entre la duración de la inyección de vapor en el yacimiento (alrededor de 7 años), y la vida
útil del campo solar (hasta 25 años). Esta diferencia hace que en la mayoría de los casos, el
campo solar únicamente puede aprovecharse durante una fracción reducida de su vida útil,
lo que dificulta la viabilidad económica del proyecto.
En esta tesis se detalla el diseño y la implementación real de un captador de concentración
solar, que permite ser desmontado y transportado de manera económica al finalizar la fase
de inyección de vapor. Permitiendo acompañar de esta forma la explotación secuencial de
las zonas de inyección de un campo de petróleo.
En el diseño de este captador transportable se compara de manera teórica, las posibles
alternativas constructivas existentes para cada uno de los componentes principales. Las
hipótesis que se asumen en el estudio teórico se comprueban y validan durante el proceso
de implementación real del captador (a través de dos prototipos funcionales), y su ensayo en
la Plataforma Solar de Almería. Consiguiendo medidas reales de los tiempos y costes de
fabricación, montaje y transporte. Así como de la producción energética.
Para validar la viabilidad económica del captador diseñado en proyectos de inyección de
vapor, se desarrolla además un código de simulación para este tipo de aplicaciones. El
código permite estimar la rentabilidad de un sistema solar para generación de vapor de
inyección, utilizando tanto captadores convencionales como captadores transportables.The energy demand of a country is closely related to its gross domestic product, its industrial
capacity, and the standard of living of its inhabitants. That is the reason oil, as the main
energy source since the middle of the 20th century, plays a strategic role in our society. The growing demand for this fossil fuel in recent years, and the limited reserves of cheap oil, are
increasing the interest of the industry in the extraction of heavy crudes.
Among the methods available today for the extraction of heavy oil, steam injection is by far
the most widespread. The increased mobility of the oil as a result of the effect of the steam
chamber within the reservoir, makes the exploitation of traditionally unprofitable reservoirs,
economically feasible. The generation of injection steam comes nevertheless with a
significant economic and environmental burden. Consequently, solar concentration as an
alternative source of energy for the steam generation, has attracted the interest of the oil
industry since the birth of technology.
Despite the early interest in the technology, its application in real projects has been limited
due to existing technological challenges. One of the most important is the difference
between the duration of the steam injection in the reservoir (around 7 years), and the
lifetime of the solar field (up to 25 years). This difference means that in most cases, the solar
field can only be used during a small fraction of its lifetime, which ultimately makes the
project not feasible.
This thesis details the design and real implementation of a solar concentrating collector,
capable of being disassembled and transported at the end of the steam injection phase.
Allowing the solar generation to follow the development of the different injection areas within
the oil field.
The theoretical design of the collector comprises a detailed comparison between different
constructive alternatives for each of its main components. The design principles assumed
during the development are verified and validated during the actual implementation of the
collector (through two functional prototypes), and the test campaign carried out at
Plataforma Solar de Almería. In which real data on manufacturing, assembly and transport
costs, as well as energy production have been acquired.
The potential of the collector for its application in steam injection projects has been assessed
through theoretical simulations using a simulator developed in this thesis. The simulator
allows reservoir and solar field calculations using conventional and transportable collectors